TWI643772B - 車輛狀態控制方法及其系統 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種車輛狀態控制方法，其係應用於控制一車輛載具。車輛載具包含一車頭及與車頭可連結或分離之一拖曳子車。車輛狀態控制方法包含：設置一感測器於拖曳子車；透過感測器感測拖曳子車之多個運動訊息；獲取車頭之多個行車訊息；結合此些運動訊息及此些行車訊息作為一線性二次調節方法(LQR)之運算參數；透過線性二次調節方法獲得一輪胎煞車力道；以及將輪胎煞車力道回授至拖曳子車之多個輪胎以控制拖曳子車之擺動、翻轉或翻折。

Description

車輛狀態控制方法及其系統

本發明係關於一種車輛狀態控制方法及其系統；更特別言之，本發明係關於一種應用於包含一車頭及一拖曳子車之車輛載具的車輛狀態控制方法及其系統。

使用大馬力的皮卡(Pickup)、拖曳車(Tractor)或重型貨車來拖曳貨艙(Trailer)，常見於北美、澳洲、巴西及中國大陸之車用市場。此種形式之車輛載具，因具有別於一般小型房車或大型車輛之應用領域及多樣化功能而受到歡迎。大致而言，此種車輛載具係使用一車頭拖曳一子車。其子車可與其車頭組合連接或分離，以便更換不同貨艙種類。此種車輛載具之用途，除增加載運貨量及方便安裝拆卸子車外，亦可用於重型機具之移動(如遊艇運輸)及家庭休閒娛樂之考量(如露營車)。

前述車輛載具基於其車體結構及拖曳一子車之特異性，常遭致擺動(Swing)、翻轉(Rollover)或翻折(Jackknifing)等多種危安事故。因此，其對安全性之需求遠高於一般之小型房車或大型車輛。尤以被拖曳子車的擺動 更為經常發生之危安況狀。傳統判斷其拖曳子車擺動之方式，大致僅使用陀螺儀進行偵測，其判斷的準則為須等待其拖曳子車之左右各發生連續一次擺動後，方可判定為真正發生擺動。

緣此，本發明發展出一種可簡易與現有行儀器設備整合，且能即時及準確預測之可應用於前述車輛載具之車輛狀態控制方法及其系統。

本發明之主要目的係結合車體本身之行車訊息(由隨車診斷系統取得)與運動訊息(透過感測器取得)，以便進行整體行車狀態之評估。藉此，可較符合實際行車狀態，更可獲得即時、準確之預測效果。

於一實施例，本發明提供一種車輛狀態控制方法，其係應用於控制一車輛載具。車輛載具包含一車頭及與車頭可連結或分離之一拖曳子車。車輛狀態控制方法包含：設置一感測器於拖曳子車；透過感測器感測拖曳子車之多個運動訊息；獲取車頭之多個行車訊息；結合此些運動訊息及此些行車訊息作為一線性二次調節方法(LQR，Linear Quadratic Regulator)之運算參數；透過線性二次調節方法獲得一輪胎煞車力道；以及將輪胎煞車力道回授至拖曳子車之多個輪胎以控制拖曳子車之擺動(Swing)、翻轉(Rollover)或翻折(Jackknifing)。

上述之車輛狀態控制方法中，運動訊息可以包 含一縱向移動訊息、一橫向移動訊息、一偏移率以及一滾動訊息。感測器可為一陀螺儀或一重力感測器(G-sensor)。

上述之車輛狀態控制方法中，更可包含：將此些行車訊息由車頭傳輸至拖曳子車。於可行實施例中，此些行車訊息係透過無線傳輸。

於另一實施例，本發明提供一種車輛狀態控制系統，其係應用於控制一車輛載具。車輛載具包含一車頭及與車頭可連結或分離之一拖曳子車。車輛狀態控制系統包含一感測器、一隨車診斷系統(OBD)、一控制器、一無線傳輸裝置以及一煞車控制系統。感測器設置於拖曳子車，其感測拖曳子車之多個運動訊息。隨車診斷系統(OBD)設置於車頭，其獲取車頭之多個行車訊息。控制器設置於拖曳子車，其內含一線性二次調節器。控制器係接收此些運動訊息及此些行車訊息為多個運算參數，並透過線性二次調節器運算此些運算參數以獲得一輪胎煞車力道。無線傳輸裝置，係用以將行車訊息傳送至拖曳子車。煞車控制系統設置於拖曳子車且與多個輪胎相連結。煞車控制系統接收輪胎煞車力道，並控制拖曳子車之此些輪胎。藉此，可控制拖曳子車之擺動、翻轉或翻折。

上述車輛狀態控制系統中，無線傳輸裝置可為一藍芽傳輸裝置，可透過無線傳輸裝置將行車訊息由車頭傳輸至拖曳子車。感測器為可一陀螺儀或一重力感測器(G-sensor)。

200‧‧‧車輛狀態控制系統

201‧‧‧感測器

202‧‧‧隨車診斷系統

203‧‧‧控制器

203a‧‧‧線性二次調節器

204‧‧‧無線傳輸裝置

205‧‧‧煞車控制系統

300‧‧‧車輛載具

301‧‧‧車頭

302‧‧‧拖曳子車

S101~S106‧‧‧步驟

第1圖係繪示本發明一實施例之車輛狀態控制方法流程示意圖；第2圖係繪示本發明一實施例之車輛狀態控制系統架構示意圖；第3圖係繪示本發明之車輛狀態控制系統一應用例示意圖；以及第4圖係繪示本發明一實施例之煞車作動曲線圖。

以下將參照圖式說明本發明之複數個實施例。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應瞭解到，這些實務上的細節不應用以限制本發明。也就是說，在本發明部分實施例中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與元件在圖式中將以簡單示意的方式繪示之。

請參照第1圖，其係繪示本發明一實施例之車輛狀態控制方法流程示意圖。本發明之車輛狀態控制方法係應用於一車輛載具，其包含一車頭及與車頭連結且可分離之一拖曳子車。車輛狀態控制方法大致包含下列步驟。

步驟S101係設置一感測器於拖曳子車。

步驟S102係透過感測器感測拖曳子車之多個運動訊息。

步驟S103係獲取車頭之多個行車訊息。

步驟S104係結合此些運動訊息及此些行車訊息作為一線性二次調節方法(LQR，Linear Quadratic Regulator)之運算參數。

步驟S105係透過線性二次調節方法獲得一輪胎煞車力道。

步驟S106係將輪胎煞車力道回授至拖曳子車之多個輪胎以控制拖曳子車之擺動(Swing)、翻轉(Rollover)或翻折(Jackknifing)。

於前述步驟S101中，感測器可為一陀螺儀或具有類似功能之器件(例如：重力感測器(G-sensor))。

於前述步驟S102中，透過感測器以獲取一縱向移動訊息、一橫向移動訊息、一偏移率以及一滾動訊息等運動訊息。

於前述步驟S103中，所獲取之行車訊息係透過一隨車診斷系統(OBD)而取得。於此需先說明，習用的隨車診斷系統係自1980年代開始發展，現於各汽車製造廠於其所生產之車輛上，所配備之全功能控制/診斷系統。此隨車診斷系統可於車輛發生故障時警示駕駛者。並且，可於汽車維修時經由特定的方式讀取故障碼，以增加維修效率及縮短維修時間。此種隨車診斷系統目前已發展至二代，即OBD II。於此種隨車診斷系統中，大致包含行車狀態監測元件及與環保相關之觸媒轉換感測器及含氧感測器等。透過隨車診斷系統，可以得知引擎運轉狀況、方向盤使用狀況以及煞車 使用狀況等多種行車訊息。

於前述步驟S104中，於獲取拖曳子車之多個運動訊息及車頭之多個行車訊息後，將其統合視為一線性二次調節方法(LQR，Linear Quadratic Regulator)之運算參數，並加以運算。

於此先介紹線性二次調節方法。對於線性系統的控制器而言，若其性能指標為狀態變數和(或)控制變數的二次函數的積分，則此種線性系統之優化問題為線性系統二次性能指標之最佳控制問題。線性二次問題之最佳解可以寫成統一的解析表達式和實現求解過程的規範化，並可簡單地採用狀態線性反饋控制規則構成最佳控制線性系統。此種線性系統可兼顧多項性能指標，因此特別受到重視。

線性二次調節方法係屬於現代控制理論最重要其中之一種。其對象為現代控制理論中以狀態空間形式給出的線性系統，而目標函數為對象狀態和控制輸入之二次函數。二次調節方法之最佳設計，係指其生成之狀態反饋控制器K要使二次目標函數J選取最小值，而狀態反饋控制器K由權矩陣Q與權矩陣R決定。故此權矩陣Q、權矩陣R之選擇尤為重要。透過線性二次調節方法可得到模擬狀態線性反饋之最佳控制規則。

線性二次調節方法不僅簡易，亦可利用較低廉之成本達到更好的性能。於本發明中，已驗證可利用例如Matlab等軟體實現良好的系統控制。

請續參照第2圖及第3圖。第2圖係繪示本發明 一實施例之車輛狀態控制系統200架構示意圖；第3圖係繪示本發明之車輛狀態控制系統200一應用例示意圖。

本發明所揭示一種車輛狀態控制系統200如第2圖所繪示。車輛狀態控制系統200包含一感測器201、一隨車診斷系統202、一控制器203、一無線傳輸裝置204以及一煞車控制系統205。請一併參照第3圖，本發明所應用之車輛載具300，包含一車頭301及與車頭301可連結或分離之一拖曳子車302。

感測器201設置於拖曳子車302，其係用以感測拖曳子車302之多個運動訊息。隨車診斷系統202設置於車頭301其係用以獲取車頭301之多個行車訊息。運動訊息如前所述，可至少包含一縱向移動訊息、一橫向移動訊息、一偏移率以及一滾動訊息。行車訊息則可由隨車診斷系統202所獲得。

控制器203設置於拖曳子車302。於一實施例中，控制器203可整合至煞車控制系統205中，可減少元件使用量，精簡整體裝置體積。控制器203內含一線性二次調節器203a，其係接收此些運動訊息及此些行車訊息為多個運算參數，並透過線性二次調節器203a運算此些運算參數以獲得一輪胎煞車力道。

無線傳輸裝置204係用以將行車訊息傳送至拖曳子車302。於一實施例，無線傳輸裝置204可為一藍芽裝置或具類似功能之裝置。

煞車控制系統205設置於拖曳子車302。煞車控 制系統205接收輪胎煞車力道，並控制拖曳子車302之多個輪胎以控制拖曳子車302之擺動(Swing)、翻轉(Rollover)或翻折。

為使車頭301及拖曳子車302可交互傳遞訊息，無線傳輸裝置204亦將此些行車訊息由車頭301傳輸至拖曳子車302。

於一實施例中，本發明所揭示之車輛狀態控制方法可容易地使用Matlab/Simulink進行模擬與驗證。首先，模擬車頭301之隨車診斷系統202取得之行車訊息搭配拖曳子車302之感測器201所感測之運動訊息是否可以達到即時預測的目的。其結果可由拖曳子車302之側傾角度與車頭301之方向盤角度之關係式得知。正常情況下，拖曳子車302之側傾角度與車頭301方向盤角度會呈現一定的比例關係。當拖曳子車302之側傾角度所對應之車頭301之方向盤角度，與隨車診斷系統202檢測出之方向盤資訊有所差異且超過一臨界值(閥值)時，即可判定拖曳子車302即將開始擺動(Swing)。其一實施例請參照第4圖，其係繪示本發明一實施例之煞車作動曲線圖。第4圖中，展示了拖曳子車302(請參照第3圖)於高速行駛時之煞車作動時機。其中第4圖左半部為向左或向右隨機擺動(不可預期之擺動)時之左煞車及右煞車作動時機，行駛途中只要擺動角度超過閥值後，煞車即開始作動。第4圖右半部則為車體於切換車道時之左煞車及右煞車作動時機，當偵測到方向盤有轉動時，將提高對應方向盤轉動方向(左轉或右轉)之煞車之作動之閥 值，以達成車道切換之偏移，並在方向盤回歸中央時將閥值降至一般程度，因此，此閥值為依據行車資訊自動調教之動態閥值。

上述方式比習知僅利用陀螺儀的判定方式可以達到更快速的預測功能。再者，同時比較有無線性二次調節器301a對各項重要運動訊息的改進影響，已驗證拖曳子車302之偏航率(Yaw Rate)可藉由本發明提出的車輛狀態控制方法或車輛狀態控制系統獲得大幅改善。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (8)

1. 一種車輛狀態控制方法，其係應用於控制一車輛載具，該車輛載具包含一車頭及與該車頭可連結或分離之一拖曳子車，該車輛狀態控制方法包含：設置一感測器於該拖曳子車；透過該感測器感測該拖曳子車之多個運動訊息；獲取該車頭之多個行車訊息；結合該些運動訊息及該些行車訊息作為一線性二次調節方法(LQR，Linear Quadratic Regulator)之運算參數；透過該線性二次調節方法獲得一輪胎煞車力道；以及將該輪胎煞車力道回授至該拖曳子車之多個輪胎以控制該拖曳子車之擺動(Swing)、翻轉(Rollover)或翻折(Jackknifing)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之車輛狀態控制方法，其中該運動訊息至少包含一縱向移動訊息、一橫向移動訊息、一偏移率以及一滾動訊息。
3. 如申請專利範圍第1項所述之車輛狀態控制方法，其中該感測器為一陀螺儀或一重力感測器(G-Sensor)。
4. 如申請專利範圍第1項所述之車輛狀態控制方法，更包含：將該些行車訊息由該車頭傳輸至該拖曳子車。
5. 如申請專利範圍第4項所述之車輛狀態控制方法，其中該些行車訊息係透過無線傳輸。
6. 一種車輛狀態控制系統，其係應用於控制一車輛載具，該車輛載具包含一車頭及與該車頭可連結或分離之一拖曳子車，該車輛狀態控制系統包含：一感測器，設置於該拖曳子車，該感測器感測該拖曳子車之多個運動訊息；一隨車診斷系統(OBD)，設置於該車頭，該隨車診斷系統獲取該車頭之多個行車訊息；一控制器，其設置於該拖曳子車，該控制器內含一線性二次調節器，該控制器係接收該些運動訊息及該些行車訊息為多個運算參數，並透過該線性二次調節器運算該些運算參數以獲得一輪胎煞車力道；一無線傳輸裝置，其係用以將該行車訊息傳送至該拖曳子車；以及一煞車控制系統，其設置於該拖曳子車且與多個輪胎相連結，該煞車控制系統計算該輪胎煞車力道，並控制該拖曳子車之該些輪胎。
7. 如申請專利範圍第6項所述之車輛狀態控制系統，其中該無線傳輸裝置為一藍芽傳輸裝置。
8. 如申請專利範圍第6項所述之車輛狀態控制系統，其中該感測器為一陀螺儀或一重力感測器(G-Sensor)。